10 REACCIONES DE...

SOLUCIONES A LAS CUESTIONES DE INICIACIN

1. Cules de los siguientes procesos implican una reaccin de oxidacin?: a) lacombustin de una hoja de papel; b) la oxidacin de un clavo de hierro; c) elfuncionamiento de una pila; d) el paso de la corriente por un cable de cobre;e) ninguno de ellos.

Son reacciones de oxidacin los procesos a), b) y c). El proceso d) no es una reac-cin de oxidacin, ya que no hay transferencia de electrones entre dos especies. Portanto, la proposicin e) es falsa.

2. Consideremos las reacciones: Fe + 1/2 O2

FeO; Na + 1/2 Cl2

NaCl.

Razona si es correcto el siguiente comentario: En la primera reaccin se oxi-da el hierro. En la segunda, el sodio tambin se oxida.

Desde el concepto moderno de oxidacin-reduccin, el comentario es correcto. En laprimera reaccin el metal se oxida ya que cede electrones al oxgeno, hecho quetambin experimenta el sodio al cederle un electrn al cloro.

3. Seala en las analogas y las diferencias entre una valoracin cido-base y unavaloracin redox.

Analogas: En el punto de equivalencia se produce una variacin brusca en algunamagnitud de la disolucin, detectable mediante un indicador.

Diferencias: El tipo de reaccin.

4. Seala las diferencias entre una pila normal, una pila recargable y un acumu-lador.

Pila normal: No puede recargarse una vez agotada.

Pila recargable: Puede recargarse, pero es de pequeo tamao.

Acumulador: Puede recargarse, pero tiene mayor tamao que una pila recargable y,por tanto, mayor capacidad para producir una corriente elctrica.

Unidad 10. Reacciones de oxidacin-reduccin 1

REACCIONES DE OXIDACIN-REDUCCIN

10

SOLUCIONES A LAS ACTIVIDADES PROPUESTAS EN EL INTERIOR DE LA UNIDAD

1. Por qu en los procesos redox no puede existir una nica semirreaccin deoxidacin o de reduccin?

Porque se trata de una reaccin de transferencia: una especie cede electrones (seoxida) a otra (que se reduce). Es imposible que una especie ceda o acepte electro-nes si no hay otra que los acepte o ceda simultneamente.

2. En las siguientes reacciones, seala el oxidante y el reductor:

Mg (s) Cl2

(ac) Mg2 (ac) 2 Cl (ac)

F2

(g) 2 Cl (ac) 2 F (ac) Cl2

C4H

8 6 O

2 4 CO

2 4 H

2O

Oxidante: Cl2

Reductor: Mg

Oxidante: F2

Reductor: Cl

Oxidante: O2

Reductor: C4H

8

3. Utiliza la siguiente reaccin para definir oxidante, reductor, oxidacin y re-duccin:

Zn (s) 2 H (ac) Zn2 (ac) H2

(g)

En la semirreaccin de oxidacin, el cinc (reductor) se oxida (pierde electrones).

En la semirreaccin de reduccin, el protn (oxidante) se reduce (gana electrones).

4. Asigna un nmero de oxidacin al cloro en cada una de las siguientes espe-cies qumicas: NaCl; Cl

2; HClO; HClO

3; HClO

4.

Justifica cul de ellas puede tener el mayor carcter oxidante.

NaCl: 1

Cl2: 0

HClO: 1

HClO3: 5

HClO4: 7

El ms oxidante ser aquel en el que el cloro tenga mayor nmero de oxidacin: elcido perclrico, HClO

4.



10

5. Dada la reaccin sin ajustar:

Br2

NaI NaBr I2

Justifica si se trata de un proceso redox, y, en ese caso, indica cul es el agen-te oxidante y cul el reductor. Escribe, adems, los respectivos pares conjuga-dos Ox/Red.

El bromo cambia de nmero de oxidacin: desde 0 (Br2) hasta 1 (NaBr).

El yodo tambin cambia su nmero de oxidacin: desde 1 (NaI) hasta 0 (I2).

El bromo se reduce (oxidante), y el yodo se oxida (reductor).

Por tanto, s es una reaccin redox.

Los pares Ox/Red son: Br2/Br y I

2/I.

6. Los halgenos, X2, se reducen fcilmente a haluros, X. Sabiendo que su ca-

rcter oxidante vara segn:

F2

> Cl2

> Br2

> I2

a) Escribe los reductores de los pares conjugados correspondientes y ord-nalos en orden creciente a su carcter reductor.

b) Escribe para cada uno de ellos el proceso Ox n e Red.

El carcter reductor de sus pares conjugados ser el inverso:

I > Br > Cl > F

El proceso de todos ellos ser el mismo:

X2

2 e 2X

7. Ajusta las siguientes reacciones por el mtodo del ion-electrn:

a) Cl2

NaOH NaCl NaClO H2O

b) HNO3

Cu Cu(NO3)

2 NO

2 H

2O

c) HCl K2Cr

2O

7 KCl CrCl

3 Cl

2 H

2O

d) KNO3

Al KOH H2O NH

3 KAlO

2

e) Na2SO

4 C Na

2S CO

2

f) MnO4

SO2

Mn2 HSO4

a) Reduccin: Cl2

2 e 2 Cl

Oxidacin: Cl2

4 OH 2 ClO 2 H2O 2 e

2 Cl2

4 NaOH 2 NaCl 2 NaClO 2 H2O

b) Reduccin: NO3 2H 1 e NO

2 H

2O

Oxidacin: Cu Cu2 2 e4 HNO

3 Cu 2 NO

2 Cu(NO

3)2

2 H2O

c) Reduccin: Cr2O

72 14 H 6 e 2 Cr3 7 H

2O

Oxidacin: 2 Cl Cl2

2e

K2Cr

2O

7 14 HCl 2 CrCl

3 3 Cl

22 KCl 7 H

2O


d) Reduccin: NO3 6 H

2O 8 e NH

3 9 OH

Oxidacin: Al 4 OH AlO2 H

2O 3 e

3 KNO3

2 H2O 8 Al 5 KOH 3 NH

3 8 KAlO

2

e) Reduccin: SO42 8 H 8 e S2 4 H

2O

Oxidacin: C 2 H2O CO

2 4 H 4 e

Na2SO

4 2 C Na

2S 2 CO

2

f) Reduccin: MnO4 8 H 5 e Mn2 4 H

2O

Oxidacin: SO2

2 H2O HSO

4 3 H 2 e

2 MnO4 H 5 SO

2 2 H

2O 2 Mn2 5 HSO

4

8. Calcula la masa equivalente de las siguientes sustancias:

a) El ion MnO4

cuando se reduce a MnO2.

b) El HNO3

cuando se reduce a NO.

c) El KI cuando se oxida a I2.

a) Eq (MnO4)

M

n

118

3

,938 39,646 g

b) Eq (HNO3)

M

n

6

3

3 21 g

c) Eq (KI) M

n

16

1

6 166 g

9. El Cl2

se puede obtener por la oxidacin del HCl con HNO3, producindose si-

multneamente NO2

y H2O.

a) Ajusta la reaccin por el mtodo del ion-electrn.

b) Calcula el volumen de Cl2

obtenido, a 17 C y 720 mmHg, cuando se hacenreaccionar 100 mL de una disolucin 1 M de HCl con HNO

3en exceso.

a) Reduccin: NO3 2 H 1 e NO

2 H

2O

Oxidacin: 2 Cl Cl2

2 e

2 HNO3

2 HCl 2 NO2

Cl2

2 H2O

b) 100 mL de HCl 1 M suponen 0,1 moles de HCl, que darn lugar, segn la este-quiometra de la reaccin, a 0,05 moles de cloro que, en las condiciones descritasde presin y temperatura ocuparn:

1,255 L

10. Dibuja y nombra todas las partes que componen una pila formada por dos elec-trodos de Fe y Cu, sabiendo que el Fe acta como nodo. Escribe, adems, las se-mirreacciones que tienen lugar si ambos elementos forman iones dipositivos.

El potencial estndar de reduccin del par Fe2|Fe es 0,44 V.

El potencial estndar de reduccin del par Cu2|Cu es 0,34 V.

0,05 0,082 290

7

7

2

6

0

0


En el nodo ocurre la oxidacin: Fe Fe2 2 e

En el ctodo, la reduccin: Cu2 2 e Cu

El hierro metlico del nodo se oxida, aportando cationes hierro (II) a la disolucin,y electrones, que circulan por el circuito hacia el ctodo. Los aniones del puente sa-lino compensan el exceso de carga positiva que aparece en la disolucin.

En el ctodo, los electrones que provienen del nodo ms los cationes cobre (II) sereducen, depositndose cobre metlico en l. El defecto de carga positiva que seproduce es compensado por los cationes que haya en el puente salino.

El puente salino, adems, sirve para cerrar el circuito elctrico.

El potencial estndar de la pila ser: E (0,44) 0,34 0,78 V

La representacin de la pila es: Fe|Fe2||Cu2|Cu

11. Se construye una celda con electrodos de Ag/Ag y Ni2/Ni unidos medianteun puente salino de NH

4Cl. Indica:

a) Las reacciones parciales en los electrodos.

b) La polaridad de los electrodos y el sentido en el que se desplazan los elec-trones.

c) Cul ser el nodo y cul el ctodo.

d) La misin del puente salino.

e) La reaccin global de la celda as como su fem.

Las semirreacciones son:

En el nodo, polo negativo, la oxidacin: Ni Ni2 2 e

En el ctodo, polo positivo, la reduccin: Ag 1 e Ag

Puente salino

Disolucin de FeSO4

Disolucin de CuSO4

Ctodo nodo

Fe Cu

SO42

_

K+

Fe2++ SO4 Cu2+ + SO4

2_

Fe2+ + 2e_Fe Cu2+ + 2e_ Cu

e_ e_

2_


La reaccin global es: Ni 2 Ag Ni2 2 Ag

El potencial estndar de la pila es: E 0,25 0,80 1,05 V

En el nodo, como resultado de la oxidacin del nquel, se liberan cationes nquel (II)a la disolucin. El exceso de carga positiva que esto supone es compensado por losaniones del puente salino. Los electrones liberados en la oxidacin avanzan por elcircuito hacia el otro electrodo, el ctodo, donde los cationes plata aceptan esoselectrones para reducirse a plata metlica. El defecto de carga positiva en la disolu-cin de ese lado de la pila es compensado por los cationes del puente salino. Estesirve, adems, para cerrar el circuito elctrico.

12. En dos vasos que contienen disolucin acuosa de NiCl2

se introduce una cu-charilla de Zn, en el primero, y otra de Cu, en el segundo. Ocurrir algunareaccin? Escribe las ecuaciones correspondientes.

La reaccin posible supone la oxidacin del metal por parte de los cationes nquel(II), que se reduce segn la semirreaccin: Ni2 2 e Ni. El potencial de esta re-duccin es E 0,25 V.

En el caso del cinc, la oxidacin es: Zn Zn2 2 e. El potencial de oxidacin es0,76 V, y la reaccin global da un potencial positivo, luego la reaccin s ocurre.

En el caso del cobre, la oxidacin es: Cu Cu2 2 e, con un potencial de oxida-cin de 0,34 V. La reaccin no ocurre.

13. Predice si la siguiente reaccin, donde las concentraciones de todos los ionesson 1 M, tendr lugar espontneamente:

Co (s) Fe2 (ac) Co2 (ac) Fe (s)

Y si ahora las concentraciones son [Co2] 0,15 M; [Fe2] 0,68 M?

La oxidacin del cobalto a cobalto (II) tiene un potencial de 0,28 V.

La reduccin del hierro (II) a hierro metlico tiene un potencial de 0,44 V.

En condiciones estndar, la reaccin no es espontnea, pues el potencial resultantees de 0,16 V.

En las condiciones del enunciado, hay que utilizar la frmula de Nernst:

E 0,16 0,0

2

592 log

0

0

,

,

1

6

5

8 0,14 V

Tampoco ocurre en estas condiciones.

14. En la electrlisis de una disolucin acuosa de CuCl2

se produce Cl2

gaseoso yCu metlico. Escribe los procesos que ocurren en el nodo y en el ctodo, in-dicando la diferencia de potencial mnima necesaria para producir la electr-lisis de dicha sal.

Al pasar la corriente por el sistema, ocurren los siguientes procesos:

En el nodo, polo positivo, ocurre la oxidacin: 2 Cl Cl2

2 e. E 1,36 V

En el ctodo, polo negativo, ocurre la reduccin: Cu2 2 e Cu, E 0,34 V

La diferencia de potencial mnima para la electrlisis es de 1,02 V.


15. Una corriente de 10 A est circulando durante 120 minutos sobre cloruro desodio fundido. Calcula el volumen de cloro, medido a 720 mmHg y 300 K, quese desprender en el nodo.

Carga que atraviesa el circuito: q I t 10 A (120 60) s 72000 C

El proceso de oxidacin que tiene lugar en el nodo es:

nodo: 2 Cl Cl2

2 e

segn el cual: 1

2

m

m

o

o

l

l

C

e

l2

2

1

m

96

o

5

l

0

C

0

l2

C

Por tanto:

1

1

9

m

30

o

0

l

0

Cl

C

2

720

x

00 C ; x 0,373 mol de Cl

2se desprendern en el nodo.

En las condiciones indicadas en el enunciado, corresponden a:

V n R

p

T 9,69 L

0,373 mol 0,082 m

at

o

m

l

K

L 300 K

7

7

2

6

0

0 atm


SOLUCIONES A LAS ACTIVIDADES DE FINAL DE UNIDAD

Generales sobre oxidacin-reduccin

1. Determina los estados de oxidacin del azufre en las siguientes sustancias:H

2S; S; Na

2SO

3; Na

2SO

4, e indica cul es la ms oxidante.

H2S: 2

S: 0

Na2SO

3: 4

Na2SO

4: 6

2. El cido ntrico es una sustancia que en medio cido se comporta como unoxidante fuerte. Justifica cul de las siguientes especies es la que tiene menosposibilidades de formarse cuando reaccione con un reductor fuerte: N

2O; NO;

NO2; N

2O

4; N

2O

5; NH

4.

Evidentemente, el N2O

5, porque es una especie en la que el nmero de oxidacin

es 5, el mismo que en el cido ntrico.

3. Dadas las siguientes reacciones, sin ajustar, justifica si son o no procesos re-dox. En caso afirmativo, identifica la especie que se oxida y la que se reduce,as como la especie oxidante y la reductora.

a) H2SO

4 Zn ZnSO

4 H

2

b) HCl Ca(OH)2

CaCl2

H2O

c) Na F2

NaF

a) S es una reaccin redox: el oxidante es el cido sulfrico, y el reductor, el cinc.

b) No es una reaccin redox, porque ningn elemento cambia su nmero de oxi-dacin.

c) S es un proceso redox. El oxidante es el flor, y el reductor, el sodio.

4. Asigna el nmero de oxidacin con el que acta el N o el C en cada especiequmica:

a) N en: NH3; N

2; NO; NO

2; N

2O

5; NO

2; NO

3

b) C en: C2H

6; CO

32; CH

3COOH; CH

3CHO

a) NH3: 3; N

2: 0; NO: 2; NO

2: 4; N

2O

5: 5; NO

2: 3; NO

3: 5

b) C2H

6: 3; CO

32: 4; CH

3COOH: 0; CH

3CHO: 2



10

Estequiometra de los procesos redox

5. Ajusta las siguientes reacciones redox en medio cido:

a) HNO3

I2

HIO3

NO2

H2O

b) MnO PbO2

HNO3

HMnO4

Pb(NO3)

2 H

2O

c) I NO2

H NO I2

H2O

d) MnO4

I MnO4

2 IO3


2 H

2O

Oxidacin: I2

3 H2O IO

3 6 H 5 e

5 HNO3

I2

5 NO2

2 H2O HIO

3

b) Reduccin: Pb4 2 e Pb2

Oxidacin: Mn2 4 H2O MnO

4 8 H 4 e

2 MnO 5 PbO2

10 HNO3

2 HMnO4

4 H2O 5 Pb(NO

3)2

c) Reduccin: NO2 2 H 1 e NO 2 H

2O

Oxidacin: 2 I I2

2e

2 NO2 4 H 2 I 2 NO 2 H

2O I

2

d) Reduccin: MnO4 1 e MnO

42

Oxidacin: I 3 H2O IO

3 6 H 6 e

6 MnO4 I 3 H

2O 6 MnO

42 IO

3 6 H

6. Ajusta las siguientes reacciones redox en medio bsico:

a) P4

KOH H2O KH

2PO

2 PH

3

b) KIO3

Cl2

KOH KIO4

KCl H2O

c) S8

S2 S2O

32

a) Reduccin: P4

12 H2O 12 e 4 PH

3 12 OH

Oxidacin: P4

8 OH 4 H2PO

2 4 e

P4

3 KOH 3 H2O 3 KH

2PO

2 PH

3

b) Reduccin: Cl2

2 e 2 Cl

Oxidacin: IO3 2 OH IO

4 H

2O 2 KCl

KIO3

Cl2

2 KOH KIO4

H2O 2 KCl

c) Reduccin: S8

16 e 8 S2

Oxidacin: S8

24 OH 4 S2O

32 12 H

2O 8 e

3 S8

48 OH 8 S2 8 S2O

32 24 H

2O

7. En medio cido sulfrico, el ion permanganato oxida al perxido de hidrge-no y se reduce a ion manganeso (II). Calcula las masas equivalentes de ambosreactivos.

Las semirreacciones redox son:

Reduccin: MnO4 4 H 3 e MnO

2 2 H

2O

Oxidacin: H2O

2 O

2 2 H 2 e


La masa equivalente de cada reactivo es igual a su masa molecular dividida por elnmero de electrones transferidos:

Eq de MnO4

54,

3

938 18,313 g ; Eq de H

2O

2

3

2

4 17 g

8. Un mtodo de obtencin del cloro se basa en la oxidacin del cido clorhdri-co con cido ntrico, producindose, simultneamente, dixido de nitrgenoy agua.

a) Ajusta la reaccin por el mtodo del ion-electrn.

b) Determina el volumen de cloro as obtenido, medido en condiciones nor-males, cuando se hacen reaccionar 100 mL de cido clorhdrico 0,5 M concido ntrico en exceso, si el rendimiento de la reaccin es del 70%.


2 H

2O

Oxidacin: 2 Cl Cl2

2 e

2 HCl 2 HNO3

Cl2

2 NO2

H2O

b) 100 mL de disolucin 0,5 M de HCl contienen 0,05 moles de HCl, que producirn0,025 moles de cloro si la reaccin tuviese un rendimiento del 100%.

Como es del 70%, se obtienen 0,0175 moles de cloro que, en condiciones norma-les, ocuparn 0,0175 22,4 L 0,392 litros.

9. El dicromato de potasio, en medio cido, oxida a los iones yoduro a yodo, re-ducindose a sal de cromo (III). A partir de la ecuacin inica ajustada, calcu-la la masa de yodo obtenida a partir de la reaccin de 100 mL de dicromato depotasio 0,1 M con la cantidad suficiente de yoduro de potasio.

Reduccin: Cr2O

72 14 H 6 e 2 Cr3 7 H

2O

Oxidacin: 2 I I2

2 e

Cr2O

72 14 H 6 I Cr3 7 H

2O 3 I

2

100 mL de dicromato 0,1 M contienen 0,01 moles de dicromato, que reaccionarnproduciendo 0,03 moles de yodo, es decir, 0,03 126,9 3,81 g de yodo.

10. Calcula la pureza de una muestra de fsforo, sabiendo que se necesitaron 43 mL de HNO

31,5 M para oxidar 1,5 g de dicha muestra, segn la reaccin:

P HNO3

H2O H

3PO

4 NO

La reaccin no est ajustada. Vamos a hacerlo:

Reduccin: NO3 4 H 3 e NO 2 H

2O

Oxidacin: P 4 H2O PO

43 8 H 5 e

3 P 2 H2O 2 HNO

3 3 H

3PO

4 5 NO

43 mL de disolucin de cido ntrico 1,5 M contienen 0,0645 moles de cido ntrico,que reaccionan con 3/5 de esa cantidad, es decir, con 0,0387 moles de fsforo.

0,0387 moles de fsforo pesan 0,0387 30,97 g 1,199 g de fsforo.

Por tanto, la pureza de la muestra ser de % 1,

1

1

,

9

5

9 100 79,9 %


Celdas electroqumicas

11. Dada la celda:

Sn (s) | Sn2 (ac) | | Ag (ac) | Ag (s)

a) Indica el electrodo que acta como nodo, el que acta como ctodo, ascomo el sentido en el que circulan los electrones.

b) Escribe las dos semirreacciones que tienen lugar y calcula el potencial es-tndar de la celda as formada.

a) El nodo, electrodo donde ocurre la oxidacin, es el par Sn|Sn2.

El ctodo, donde ocurre la reduccin, es el par Ag|Ag.

Los electrones circulan por el circuito desde el nodo hasta el ctodo.

b) Las dos semirreacciones son:

Reduccin: Ag 1 e Ag, E 0,80 V

Oxidacin: Sn Sn2 2 e, E 0,14 V

El potencial estndar de la pila es: E 0,94 V

12. Se construye una pila sumergiendo una varilla de Fe en una disolucin 1 M deiones Fe2 y una varilla de Cu en una disolucin 1 M de iones Cu2. Las dos se-miceldas se separan mediante un puente salino que contiene KCl.

a) Escribe las semirreacciones que tienen lugar, indicando qu electrodo ac-ta como nodo, cul como ctodo, y la funcin que tiene el puente salino.

b) Calcula el potencial de la pila as formada.

c) Escribe cmo representaras esta pila.

a) El potencial estndar de reduccin del par Fe2|Fe es 0,44 V.

El potencial estndar de reduccin del par Cu2|Cu es 0,34 V.

Por tanto, la reaccin espontnea ser la de oxidacin del hierro y la reduccindel Cu2:

Oxidacin (nodo): Fe Fe2 2 e

Reduccin (ctodo): Cu2 2 e Cu

El hierro metlico del nodo se oxida, aportando cationes hierro (II) a la disolu-cin y electrones, que circulan por el circuito hacia el ctodo. Los aniones cloru-ro del puente salino compensan el exceso de carga positiva que aparece en la di-solucin.

En el ctodo, los electrones que provienen del nodo ms los cationes cobre (II)se reducen, depositndose cobre metlico en l. El defecto de carga positiva quese produce es compensado por los cationes potasio del puente salino.

El puente salino sirve, por tanto, para compensar cargas y cerrar el circuito elctrico.

b) El potencial estndar de la pila ser:

E (0,44) 0,34 0,78 V

c) La representacin de la pila es: Fe|Fe2 || Cu2|Cu


13. Cules son las reacciones inicas y el potencial estndar de la celda com-puesta por los pares Fe3/Fe2 y Cd2/Cd?

La reaccin espontnea es la siguiente:

Oxidacin: Cd Cd2 2 e

Reduccin: Fe3 1 e Fe2

El potencial estndar de la pila es: E (0,40) 0,77 1,17 V

14. A la vista de los datos de la tabla 1, justifica la validez de las siguientes afirma-ciones:

a) El Cu reduce al ion Ag.

b) El polo negativo de una pila formada por ambos electrodos sera el elec-trodo de Ag.

c) De todas las especies presentes, el ion Ag es el oxidante ms fuerte.

a) Verdadero. El cobre est por encima de la plata en la tabla:

E (Cu2/Cu) 0,34 V; E (Ag/Ag) 0,80 V. La reaccin espontnea ser laoxidacin del cobre y la reduccin del catin plata.

b) Falso. El polo negativo (nodo) es donde ocurre la oxidacin: el cobre.

c) Verdadero. El potencial de reduccin ms alto (y, por tanto, la mayor capacidadoxidante) corresponde al par Ag/Ag.

15. Dados los potenciales estndar de reduccin de las semiceldas Ag/Ag,Mg2/Mg, Fe2/Fe, Li/Li, Al3/Al y Ce4/Ce3. Indica:

a) Cul (o cules) de estos metales se oxidarn ms fcilmente que el Fe.

b) Qu dos electrodos de los sealados formarn la pila de mayor fem, sea-lando el que actuara como ctodo.

Los potenciales mencionados son:

E (Ag/Ag) 0,80 V

E (Mg2/Mg) 2,37 V

E (Fe2/Fe) 0,44 V

E (Li/Li) 3,05 V

E (Al3/Al) 1,66 V

E (Ce4/Ce3) 1,61 V

a) Los metales que se oxidan con ms facilidad que el hierro son los que tienen unE menor que el del hierro, es decir, magnesio, litio y aluminio.

b) La pila de mayor fem ser la formada por el litio (nodo), que se oxida, y el ce-rio (IV) (ctodo), que se reduce. El potencial de esta pila ser:

E (3,05) 1,61 4,66 V


16. Halla el potencial de reduccin de un electrodo de Zn (s) en una disolucin 0,1M de ZnSO

4 (l ).

El potencial, en esas condiciones, se calcula de la siguiente forma:

E E 0,0

n

592 log

[Z

Z

n

n

2] 0,76

0,0

2

592 log

0

1

,1 0,7304 V

Espontaneidad de las reacciones redox

17. Predice cules de las siguientes reacciones en disolucin acuosa ocurrirn es-pontneamente:

a) Ca2 (ac) Cd (s) Ca (s) Cd2 (s)

b) Cu2 (ac) Fe2 (ac) Cu(s) Fe3 (ac)

a) El potencial de esa pila sera E 2,87 0,40 2,47. No es espontnea.

b) El potencial de esa pila sera E 0,34 0,44 0,78. S es espontnea.

18. Deduce razonadamente y escribiendo la reaccin ajustada si:

a) El hierro en su estado elemental puede ser oxidado a hierro (II) con ionesMnO

4.

b) Si el Fe2 puede ser oxidado a Fe3 con iones MnO4

en medio bsico.

a) Las semirreacciones son:

Oxidacin: Fe Fe2 2 e

Reduccin: MnO4 8 H 5 e MnO

2 4 H

2O

5 Fe 2 MnO4 16 H 5 Fe2 2 MnO

2 8 H

2O

El potencial de esta pila es E 0,44 1,51 1,95 V. Es una reaccin espont-nea.

b) En este caso, las semirreacciones seran:

Oxidacin: Fe2 Fe3 1 e

Reduccin: MnO4 2 H

2O 3 e MnO

2 4 OH

3 Fe2 MnO4 2 H

2O 3 Fe3 MnO

2 4 OH

El potencial de esta pila sera E 0,77 0,59 0,18. No sera espontnea.

19. Justifica por qu:

a) Los iones Fe3 y Sn2 no pueden coexistir en la misma disolucin.

b) No se puede introducir una cucharilla de cobre en una disolucin de nitra-to de plata.

a) Los potenciales estndar de reduccin del hierro (III) y del estao (IV) son, res-pectivamente, 0,77 y 0,13. Por tanto, el potencial estndar de una pila en laque el hierro (III) se reduce y el estao (II) se oxida es de 0,77 0,13 0,64 V.Se producira espontneamente la reaccin: no pueden coexistir.


b) Los potenciales estndar de reduccin del cobre y de la plata son, respectivamen-te, 0,34 y 0,80. Por tanto, se producira espontneamente la oxidacin del co-bre y la reduccin del catin plata, con un potencial E 0,34 0,80 0,46 V.

20. Se mezclan en un vaso, A, volmenes iguales de una disolucin que contieneiones Au3 y otra que contiene iones Cr3. En otro vaso, B, se mezclan volme-nes iguales de una disolucin que contiene Au3 y otra que contiene Ag. Razona si en alguno de los dos vasos se producir reaccin y, en caso afirma-tivo, escribe e indica las especies oxidante y reductora.

a) El potencial estndar de reduccin del par Au3/Au es 1,50 V.

El potencial estndar de reduccin del par Cr2O

72/Cr3 es 1,33 V.

La reaccin de reduccin del catin oro (III) (oxidante) y oxidacin del catincromo (III) (reductor) es espontnea:

Au3 3 e Au

2 Cr3 7 H2O Cr

2O

72 14 H

b) En el caso B, los dos iones son la forma ms oxidada de su especie: es imposibleninguna reaccin de oxidacin-reduccin.

21. Se desea determinar la composicin de una muestra de latn (aleacin de Zny Cu). Para ello se toman 0,4 g de muestra, que se hacen reaccionar con HCl 0,1 M, necesitndose 40 mL de cido hasta completar la reaccin. Calculael porcentaje de Zn y Cu en el latn.

La reaccin que se produce es: Zn 2 HCl ZnCl2

H2

Los 40 mL de cido clorhdrico 0,1 M contienen 0,004 moles. Por tanto, en la muestrahaba 0,002 moles de cinc, que pesan 0,002 65,38 g 0,13076 g de cinc. Esto su-pone un 32,69% del peso del latn.

La cantidad de cobre ser de 0,4 0,13076 g 0,26924 g, un 67,31%

Electrlisis

22. Qu volumen de hidrgeno, medido a 720 mmHg y 20 C, se obtiene en la electr-lisis completa de una disolucin acuosa 0,1 M de NaCl?

La electrlisis del cloruro de sodio sucede por dos semirreacciones:

Reduccin: 2 H2O (l) 2 e H

2(g) 2 OH

Oxidacin: 2 Cl (ac) Cl2(g) 2 e

Proceso global: 2 H2O (l) 2 Cl (ac) H

2(g) Cl

2(g) 2 OH

En 1 L de la disolucin 0,1 M de NaCl hay 0,1 moles de esta sal. As, se producirn0,05 moles de hidrgeno que, en las condiciones descritas, ocuparn un volumende:

VH2

1,27 L0,05 0,082 293,15

7

7

2

6

0

0


23. Qu cantidad de electricidad es necesaria para depositar en el ctodo todo eloro contendido en un litro de disolucin 0,1 M de AuCl

3?

Para depositar 1 mol de oro a partir del catin oro (III), hacen falta 3 faraday.

Para depositar 0,1 moles, harn falta 0,3 F 28 941 C.

24. Una corriente de 5,00 A que circula durante 30 minutos, deposita 3,048 decinc en el ctodo. Calcula la masa equivalente del cinc.

q I t 5 A (30 60) s 9000 C

Para depositar un equivalente, hace falta 1 F 96470 C.

Para depositar 3,048 g de cinc, han hecho falta 9 000 C.

Por tanto, la masa equivalente del cinc ser:

3,048

9

00

9

0

6470 32,67 g

25. La misma cantidad de electricidad que libera 0,6474 g de plata, deposita en elctodo de una cuba electroltica que contiene una sal de oro, 0,3942 g de estemetal. Determina el estado de oxidacin del oro en dicha sal.

0,6474 g de plata son 0,

M

64

A

7

g

4

1

0

0

,

7

6

,

4

8

7

6

4

82 6 103 moles de Ag.

0,3942 g de oro son 0,

M

39

A

4

g

2

1

0

9

,

6

3

,

9

9

4

6

2

65 2 103 moles de Au.

Como la reaccin de la plata es de reduccin del catin Ag a plata metlica, Ag, siesa electricidad ha servido para transformar un nmero de moles de oro 1/3 menor,es que el estado de oxidacin del oro era 3.

26. Se conectan en serie dos cubas electrolticas que contienen CuSO4 y Al

2(SO

4)

3,

respectivamente, por las que ha circulado una corriente de 0,5 A durante 1,5 horas.

a) Escribe las reacciones que se producen en el ctodo de ambas cubas.

b) Calcula la masa de producto que se ha depositado en dicho electrodo.

a) En el ctodo de la primera cuba ocurre la reduccin del cobre: Cu2 2 e Cu

En el ctodo de la segunda cuba ocurre la reduccin del sulfato:

SO42 4 H 2 e SO

2 2 H

2O

b) La cantidad de electricidad generada es:

0,5 A (1,5 3600) s 2700 C

Por tanto, se depositan 27

2

00

96

6

4

3

7

,5

0

46 0,889 g de Cu en la primera cuba,

y 2

2

70

0

9

6

6

4

4

7

,

0

06 0,889 g de SO

2en la segunda cuba.


27. Se desea platear electrolticamente una superficie metlica de 10 cm2 hasta al-canzar un recubrimiento de 0,74 mm de espesor. Para ello se dispone de unacorriente de 0,75 A. Calcula el tiempo que ha de estar circulando la corriente.

La densidad de la plata es 10,5 g/cm3.

El volumen que se quiere platear es V 10 cm2 0,074 cm 0,74 cm3, lo que

supone 0,74 10,5 7,77 g de plata; es decir 107,

7

9

,

1

77

g

g

/mol 7,2 102 moles.

Para depositar un mol hacen falta 96 470 C, luego para depositar 7,2 102 moles,hacen falta (0,75 A x segundos) C.

Por tanto, x 9287,04 segundos o 2,57 horas.

28. Para platear una pulsera colocada como ctodo, se hace pasar durante 1 horauna corriente de 0,6 A a travs de un litro de una disolucin acuosa 1,0 M denitrato de plata. Calcula:

a) La masa de plata depositada en la pulsera.

b) La concentracin de ion Ag que quedar al final en la disolucin.

a) La cantidad de electricidad que circula es: q I t 0,6 3 600 2160 C

La masa de plata depositada ser:

2160

9

6

1

4

0

7

7

0

,86822,4152 g de Ag

b) Si hemos perdido 2,239 102 moles de Ag, y la disolucin

tena 1 mol, queda una disolucin de concentracin 0,9776 M, ya que:

0,9776 mol/L1 2,239 102 mol

1 L

2,4152 g Ag107,8682 g/mol

7,2 102 96740

0,75


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